Rabu, 22 Februari 2012

tugas fisika :)



Nama   : Revi Melati
Kelas    : XI IPA 3

TEORI KINETIK GAS

1.    Sebuah tabung silinder dengan tinggi 0,20 m dan luas penampang 0,04 m2 memiliki pengisap yang bebas bergerak seperti pada gambar. Udara yang bertekanan 1,01 x 105 N/m2 diisikan ke dalam tabung. Jika pengisap ditekan sehingga tinggi silinder berisi gas menjadi 0,12 m, berapa besar tekanan p2? Anggap bahwa temperatur gas konstan.

Penyelesaian :

Sesuai dengan Persamaan (13.1) dapat ditulis p1V1 = p2 V2 atau p2 = V1V2
p2 = (1,01 x 105 N/m2 )(0,020 m x 0,04 m2 ) 0,12 m x 0,04 m2
= 1,7 x 105 N/m2

2.    Sebuah silinder mengandung 20 liter gas pada tekanan 25 x 105 Pa. Keran yang ada
pada silinder dibuka sampai tekanan turun menjadi 20 x 105 Pa dan kemudian ditutup. Anggap bahwa suhu dijaga tetap. Berapa volume gas yang dibebaskan pada atmosfer bertekanan 1 x 105 Pa?

Penyelesaian:

Keadaan awal : V1 = 20 L = 20 x 10-3 m3. p1 = 25 x 105 Pa
Keadaan akhir : V2 = ? p2 = 20 X 105 Pa
Gunakan rumus p1V1 = p2V2 atau V2 = p1 V1 sehingga, p2V2 = 25 x 105 x 20 L = 25 L
pada tekanan p2 = 20 x 105 Pa 20 X 105
Gas yang keluar dari silinder adalah 25 L – 20 L = 5 L pada tekanan P2. Karena tekanan
udara luar 1 x 105 Pa, maka _V yang 5 L tersebut, di udara luar menjadi sebagai
berikut: p2 (_V) = p3 (V3) 20 x 105 (5) = 1 x 105 (V3) V3 = 100 L
Dengan demikian volume gas yang dibebaskan 100 L.

3.    Seorang siswa ingin menerapkan hukum Boyle untuk menetukan tekanan udara luar dengan menggunakan peralatan seperti pada gambar. Ia mendapatkan bahwa ketika h = 150 mm, V = 18 cm3 dan ketika h = 150 mm, V = 16 cm3. Berapa mmHg tekanan udara luar di tempat siswa itu melakukan percobaan?

Penyelesaian:

Sesuai dengan sifat bejana berhubungan, tekanan gas dalam V adalah:
_ Keadaan 1 : p1 = (p0 + h1 ) mmHg = (p0 + 50) mmHg
_ Keadaan 2 : p1 = (p0 + h2) mmHg = (p0 + 150) mmHg
Menurut Hukum Boyle : p1V1 = p2V2 atau p2 = V1 p1 = 18 p1 V2 16
Substitusikan persamaan diatas ke persamaan kedua, sehingga
18 p1 = p0 + 150 p1 = 16 (p0 + 150) 16 18
Maka diperoleh:
16 (p0 + 150) = (p0 + 150) 16p0 + 16(150) = 18 p0 + 18(50) 182 p0 = 16(150) – 18(50) p0 = 750 mmHg
Tekanan udara luar adalah 750 mmHg atau 75 cmHg.

4.    Sebuah tangki bervolume 500 liter berisi gas oksifen pada suhu 20ºC dan tekanan 5 atm. Tentukan massa oksigen dalam tangki jika diketahui untuk ksigen Mr = 32 kg/kmol.

Penyelesaian:

Dengan menggunakan satuan SI, data yang diperoleh dari soal adalah : V = 590 L = 590 x 10-3 m3 , p = 5 x 1,10 x 105 Pa, T = 20 + 273 = 293 k  dan Mr = 32 kg/kmol.
pV = m R T atau m = p V Mr
Mr RT
m = 5 x 1,01 x 105 x 590 x 10-3 x 32 = 3,9 kg 8,31 x 103 x 293
massa atom dalam tangki adalah 3,9 kg

5.    Sebuah tabung yang volumenya 1 liter mempunyai lubang yang memungkinkan udara keluar dari tabung. Mula-mukla suhu udara dalam tabung 27ºC. Tabung dipanaskan hingga suhunya 127ºC. Perbandingan antara massa gas yang keluar dari tabung dan massa awalnya adalah......

Penyelesaian:

Karena tabung bocor, maka tekanan tidak berubah (p konstan) meskipun dipanaskan.       T1 = 27 + 273 = 300 K dan T2 = 127 + 273 = 400 K
pV = m RT atau m = p V Mr x 1
Mr R T
Dlam hal ini p V Mr adalah konstan sehingga m _ 1 R T
Misalkan massa awal gas = m1 dan massa akhir gas dalam tabung adalah m2, maka dapat ditulis : m2 = T1 = 300 atau m2 = 3 m1
m1 T2 400 4
Karena massa gas yang tersisa m 2 = 3 m1, berarti telah keluar gas sebanyak 4_m = 1 m1 . Dengan demikian perbandingan antara massa gas yang keluar dan 4 massa awalnya adalah _m = 1 m1 4

6.    Tekanan gas dalam suatu tabung tertutup menurun menjadi 64% dari semula. Berapa % penurunan kelajuan molekul gas?

Penyelesaian:

Hubungan tekanan p terhadap kelajuan v sesuai dengan persamaan: p = 1 N m0 v2
3 V Karena 1 N m0 adalah konstan, maka p sebanding dengan v2 , sehingga :
3 V
v2 2 P2 = 0,64 P1
v1 2 P1 P1
v2 2 = 0,64 v1 2 atau v2 = 0,81v1 = 80%v1
Dengan demikian, kelajuan gas menurun 20%.


7.    Sebuah tangki dengan volume 0,3 m3 mengandung 2 mol helium pada suhu 20ºC. Dengan menganggap helium sebagai gas ideal, (a) tentukan energi kinetik gas. (b) Berapakah energi kinetik rata-rata setiap molekul gas?

Penyelesaian:

(a) Data yang diperoleh dari soal adalah V = 0,3 m3, n = 2 mol, dan T = 20 + 273 =
293 K. Maka: p = 2 N EK atau N EK = 2 pV = 2 n R T
3 V 3 N EK = 3 (2)(8,31)(293) = 7304,5 J
2 Energi kinetik total gas adalah 7304,5 joule.
(b) Jumlah molekul gas adalah N = nNA = 2 x 6,022 x 1023 = 12,044 x 1023 butir
Energi kinetik rata-rata setiap molekul adalah:
EK = N EK = 7304,5 = 6,06 x 10-21 J
N 12,044 x 1023

8.    Sebuah silinder berisi gas ideal dengan suhu 27ºC. Jika tetapan Boltzman k = 1,38 x 10-23 J/K dan tetapan umum gas R = 8,31 J/mol K, (a) tentukanlah energi kinetik translasi setiap molekul gas. (b) Berapa energi kinetik translasi total bila terdapat 1 mol gas dalam silinder? (c) Bila gas dalam tabung adalah oksigen dengan massa satu molekul m0 = 5,31 x 10-26 kg, tentukanlah kecepatan efektif molekul (partikel) gas.

Penyelesaian:

(a) gunakan T = 27 +273 = 300K ,sehingga:
EK = 3 k T = 3 x 1,38 x 10-23 x 300 = 6,21 x 10-21 J 2 2
(b) Karena terdapat 1 mol gas, maka energi kinetik translasi total adalah:
EKtotal = N EK = n NA EK
EKtotal = 1 x 6,022 x 1023 x 6,21 x 10-21 = 3739,67 J
(c) Kecepatan efektif molekul gas adalah:
Vrms = _3p = _3 x 1,38 x 10-23 x 300 = 483,63 m/s m0 5,31 x 10-26

9.    Lima molekul gas dipilih secara acak dengan kecepatan masing-masing adalah 500 m/s, 600 m/s, 700 m/s, 800 m/s, dan 900 m/s. (a) Tentukan kecepatan efektif molekul gas. (b) Berapakah kecepatan rata-ratanya?

Penyelesaian:

(a) Kecepatan efektif molekul gas adalah:
Vrms = _ N1v12+ N2v22+ … .N5v52N1 + N2 + …… N5
Vrms = 1(500)2 +1(600)2 + 1(700)2 + 1(800)2 + 1(900)2
1 + 1 + 1 + 1 + 1= 7,14,14 M/S
(b) Kecepatan molekul gas rata-rata adalah:
v = N1v1 + N2v2 + … .N5v5N1 + N2 + …… N5
v = 1(500) + 1(600) +1(700) +1(800) +1 (900) = 700 m/s
1 + 1 + 1 + 1 + 1
Jadi kecepatan efektif (vrms) gas tidak sama dengan kecepatan rata-rata (v)
gas tersebut.
10. Setiap molekul dari suatu gas poliatomik pada suhu 1200 K memiliki derajat kebebasan masing-masing tiga untuk gerak translasi, tiga untuk gerak rotasi, dan empat untuk gerak vibrasi. Tentukanlah (a) energi mekanik rata-rata tiap molekul dan (b) energy dalam 5 mol gas ideal ini.

Penyelesaian:

Data yang diperoleh dari soal adalah suhu T =1200 K, jumlah mol n = 5 dan derajat
kebebasan f = 3 + 3 + 4 = 10
(a) Enegi kinetik rata-rata per molekul berdasarkan persamaan energi kinetik,
adalah:
EK = f (1 k T ) = 10 (1) (1,38 x 10-23)(1200)2 2= 8,3 x 10-20 J
(b) Energi dalam U sesuai dengan persamaan energi dalam, adalah:
U = N EK = (n NA) EK = (5)(6,02 x 1023)(8,3 x 10-20)= 249 830 J

11. Neon (Ne) adalah suatu gas monoatomik. Berapakah energi dalam 2 gram gas neon
pada suhu 50ºC jika massa molekul relatifnya Mr = 10 g/mol dan tetapan umum gas R = 8,31 J/mol K?

Penyelesaian:

Berdasarkan persamaan gas ideal, Nk = nR. Dengan demikian ditulis menjadi
persamaan:
U = 3 N k T = 3 n R T = 3 m R T 2 2 2 Mr
U = 3 x 2 x 8,31 x (50 +273) = 805,24 J 2 10
Energi dalam gas neon tersebut adalah 805,24 joule.

12.  
http://1.bp.blogspot.com/-j0geKvC3VCQ/TrqGxuwgxVI/AAAAAAAAAf4/ZaIHttKPMYE/s1600/an-puh-tkg1.gif
16 gram gas Oksigen (M = 32 gr/mol) berada pada tekanan 1 atm dan suhu 27oC. Tentukan volume gas jika:
a) diberikan nilai R = 8,314 J/mol.K
b) diberikan nilai R = 8314 J/kmol.K

Pembahasan
a) untuk nilai R = 8,314 J/mol.K
Data :
R = 8,314 J/mol.K
T = 27oC = 300 K
n = 16 gr : 32 gr/mol = 0,5 mol
P = 1 atm = 105 N/m2

http://fisikastudycenter.files.wordpress.com/2010/12/puh11tkg-1a.gif

b) untuk nilai R = 8314 J/kmol.K

Data :
R = 8314 J/kmol.K
T = 27oC = 300 K
n = 16 gr : 32 gr/mol = 0,5 mol
P = 1 atm = 105 N/m2

http://fisikastudycenter.files.wordpress.com/2010/12/puh11tkg-1b.gif

13. Gas bermassa 4 kg bersuhu 27oC berada dalam tabung yang berlubang.

http://3.bp.blogspot.com/-fUn_I5o1IL8/TrqGymCw6oI/AAAAAAAAAgA/SUPhQB53jyM/s1600/uhtkg2.png

Jika tabung dipanasi hingga suhu 127oC, dan pemuaian tabung diabaikan tentukan:
a) massa gas yang tersisa di tabung
b) massa gas yang keluar dari tabung
c) perbandingan massa gas yang keluar dari tabung dengan massa awal gas
d) perbandingan massa gas yang tersisa dalam tabung dengan massa awal gas
e) perbandingan massa gas yang keluar dari tabung dengan massa gas yang tersisa dalam tabung

Pembahasan
Data :
Massa gas awal m1 = 4 kg
Massa gas tersisa m2
Massa gas yang keluar dari tabung Δ m = m2 − m1

a) massa gas yang tersisa di tabung

http://fisikastudycenter.files.wordpress.com/2010/12/puh11tkg-2a.gif

b) massa gas yang keluar dari tabung

http://fisikastudycenter.files.wordpress.com/2010/12/puh11tkg-2b.gif

c) perbandingan massa gas yang keluar dari tabung dengan massa awal gas

http://fisikastudycenter.files.wordpress.com/2010/12/puh11tkg-2c.gif

d) perbandingan massa gas yang tersisa dalam tabung dengan massa awal gas

http://fisikastudycenter.files.wordpress.com/2010/12/puh11tkg-2d.gif

e) perbandingan massa gas yang keluar dari tabung dengan massa gas yang tersisa dalam tabung

http://fisikastudycenter.files.wordpress.com/2010/12/puh11tkg-2e.gif


14. A dan B dihubungkan dengan suatu pipa sempit. Suhu gas di A adalah 127oC dan jumlah partikel gas di A tiga kali jumlah partikel di B.

http://fisikastudycenter.files.wordpress.com/2010/10/uhtkg3.png

Jika volume B seperempat volume A, tentukan suhu gas di B!

Pembahasan
Data :
TA = 127oC = 400 K
NA : NB = 2 : 1
VA : VB = 4 : 1

http://fisikastudycenter.files.wordpress.com/2010/12/puh11tkg-3.gif

15. Gas dalam ruang tertutup memiliki suhu sebesar T Kelvin energi kinetik rata-rata Ek = 1200 joule dan laju efektif V = 20 m/s.

http://1.bp.blogspot.com/-4NTkoeRKFBA/TrqGz0VmfgI/AAAAAAAAAgI/s3mACUto89I/s1600/uhtkg4.png

Jika suhu gas dinaikkan hingga menjadi 2T tentukan:
a) perbandingan energi kinetik rata-rata gas kondisi akhir terhadap kondisi awalnya
b) energi kinetik rata-rata akhir
c) perbandingan laju efektif gas kondisi akhir terhadap kondisi awalnya
d) laju efektif akhir

Pembahasan
a) perbandingan energi kinetik rata-rata gas kondisi akhir terhadap kondisi awalnya

http://fisikastudycenter.files.wordpress.com/2010/12/puh11tkg-4a.gif

b) energi kinetik rata-rata akhir

http://fisikastudycenter.files.wordpress.com/2010/12/puh11tkg-4b.gif

c) perbandingan laju efektif gas kondisi akhir terhadap kondisi awalnya

http://fisikastudycenter.files.wordpress.com/2010/12/puh11tkg-4c.gif

d) laju efektif akhir

http://fisikastudycenter.files.wordpress.com/2010/12/puh11tkg-4d.gif